Moderna alchimia: trasformare il cemento in metallo

A volte le scoperte scientifiche hanno il potere di buttarci in un batter d’occhio in un mondo dalle caratteristiche inaspettate. Una nuova ricerca statunitense potrebbe fare qualcosa del genere gettandoci in una sorta di nuovo mondo alchemico. Alcuni scienziati sostengono infatti di poter trasformare il cemento in metallo liquido. Il nuovo materiale, tra l’altro, avrebbe molteplici usi, come semi-conduttore.

Foto: Argonne National Laboratory

Sarebbe una manna per il mercato dei computer e degli schermi a cristalli liquidi se si riuscisse davvero a convertire il cemento in metallo liquido così come affermato dagli scienziati del Doe, il Dipartimento per l’Energia statunitense.
Microchip, rivestimenti protettivi e schermi a cristalli liquidi potrebbe essere alcune delle applicazioni.

“Questo nuovo materiale ha molteplici applicazioni, tra cui le resistenze a film sottile utilizzati nei display a cristalli liquidi, in pratica lo schermo piatto del monitor del computer dal quale state probabilmente leggendo in questo momento,” ha detto Chris Benmore, un fisico dell’ Argonne National Laboratory del Dipartimento di Energia degli Stati Uniti (DOE), che ha lavorato con un team di scienziati provenienti da Giappone, Finlandia e Germania per creare la “magia” della trasformazione del cemento in metallo. Benmore e Shinji Kohara del Giappone Synchrotron Radiation Research Institute/SPring-8 hanno condotto insieme la ricerca.

La conversione del cemento crea un metallo con caratteristiche positive tra cui una migliore resistenza alla corrosione del metallo tradizionale, una minore fragilità del vetro tradizionale, conduttività, bassa perdita di energia in campi magnetici, e fluidità per la facilità di lavorazione e stampaggio. In precedenza solo i metalli sono stati capaci di una transizione verso una forma a metà fra metallo e vetro.

Il processo che rende possibile la trasformazione si chiama “cattura di elettroni”, un fenomeno osservato finora solo nelle soluzioni di ammoniaca. Il cemento, tra l’altro, potrebbe essere solo il primo fra i materiali a trasformarsi in questo modo, perchè gli scienziati potrebbero studiare il processo per indurlo anche su altri materiali

“Questo fenomeno che intrappola gli elettroni e trasforma il cemento in metallo liquido è stato scoperto di recente, ma non ne abbiamo spiegato i dettagli fino ad ora”, ha detto Benmore. “Ora che conosciamo quali sono le condizioni necessarie per intrappolare gli elettroni nei materiali siamo in grado di sviluppare e testare altri materiali per scoprire se siamo in grado di condurre l’elettricità in questo modo.”

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista PNAS.

Il gruppo di scienziati ha studiato la mayenite, un componente del cemento alluminoso fatta di calcio e ossidi di alluminio. Hanno fuso il materiale a temperature di 2.000 gradi Celsius usando un levitatore aerodinamico con un raggio laser con biossido di carbonio . Il materiale è stato lavorato in atmosfere differenti per controllare il modo in cui l’ossigeno si legava nel materiale risultante. Il levitatore fa in modo che il liquido non tocchi le superifici e si cristallizza. Questo fa raffreddare il liquido in uno stato vetroso che può intrappolare gli elettroni nel modo utile alla conduzione elettronica. Il metodo di levitazione è stato sviluppato appositamente per la misurazione in situ presso l’Advanced Photon Source dell’Argonne da un team guidato da Benmore.

Gli scienziati hanno scoperto che la conducibilità si è creata quando gli elettroni liberi sono stati “intrappolati” nelle strutture che si formano nel contenitore. Il fatto che gli elettroni siano intrappolati prevede un meccanismo di conducibilità simile al meccanismo che si verifica nei metalli. Per scoprire i dettagli di questo processo, gli scienziati hanno combinato diverse tecniche sperimentali utilizzando un supercomputer.